Исследовательская группа из ТюмГУ и Тюменского научного центра СО РАН под руководством академика РАН Владимира Мельникова оценила влияние температуры на рост и ферментативную активность бактерии рода Bacillus, выделенных из мерзлых отложений.
Интерес человека к бактериям не в последнюю очередь связан с синтезом ими ферментов — белков, ускоряющих химические реакции. Так, протеазы ответственны за расщепление сложных белков, липазы — жиров, а пектиназы — сложных углеводов.
Несмотря на широкое применение бактериальных ферментов в пищевой, текстильной, фармацевтической и других областях, их использование имеет существенные недостатки. Например, нежелательные химические реакции, количество которых увеличивается вместе с повышением температуры.
Не так давно ученые обратили внимание на бактерии, способные существовать в экстремальных условиях. К их числу можно отнести психротрофных бактерий, живущих при низких температурах. Психротрофы могут решить недостатки, связанные с получением бактериальных ферментов. Проблема лишь в том, что их биология и потенциал использования мало изучены.
Исследовательская группа выделила из мерзлых отложений Западной Сибири девять штаммов бактерии рода Bacillus: B. megaterium, B. cereus, B. simplex и B. subtilis.
B. megaterium / Encyclopaedia Britannica
Ученые сравнили адаптацию и рост культур при температурах в 5 °С, 22 °С и 45 °С. Оказалось, при температуре 22 °С культуры растут с наибольшей скоростью. Культивирование при 5 °С значительно замедляет рост бактерий, но позволяет достичь наибольшей плотности клеток. При высокой температуре 45 °С культура бактерий растет столь стремительно, что не успевает достичь сравнимых показателей.
На следующем этапе исследования авторы оценили влияние указанных температур на ферментативную активность: каталазную, дегидрогеназную, липазную, амилазную и протеазную.
Каталазная активность для большинства бактерий была максимальна при 5 °С и уменьшалась с повышением температуры. Аналогичная картина наблюдалась и в случае с другим ферментом — дегидрогеназой: максимальная активность при 5 °С, 22 °С и 45 °С составила 0.165 мг/(мл?сут), 0.112 мг/(мл?сут) и 0.005 мг/(мл?сут) соответственно.
Наилучшие показатели липазной активности обнаружены при температурах 5 °С и 22 °С. Отмечается, что высокой липазной активностью при 5 °C характеризовались штаммы B. cereus, а при 22 °С — штаммы B. megaterium и B. subtilis. В случае с активностью ?-амилазы высокие показатели при 5 °С и 22 °С имели только штаммы B. cereus.
Из числа прочих штаммов лишь B. megaterium 629 показал высокую амилазную активность при 5 °С. Стоит заметить, что высокая активность протеаз у изучаемых культур была менее редким явлением. При 22 °C она отмечена сразу у трех штаммов: B. megaterium 206, Bacillus sp. 3M и B. subtilis 948P. При температуре 5 °С наибольшую протеазную активность продемонстрировали два штамма — B. cereus и B. simplex 948P-1.
В результате исследований установлено, что оптимальными для роста бактериальных штаммов рода Bacillus являются температуры в пять и 22 °С. Эта закономерность относится и к активности ферментов, которая уменьшается с повышением температуры до 45 °C. По мнению авторов, активный синтез ферментов — универсальный механизм жизнедеятельности в условиях низких температур.
Авторы подчеркивают, что эта работа расширяет представление не только о пределах толерантности для роста и ферментативной активности микробиоты из мерзлоты к действию температурного фактора, но и об ее применении в прикладных биотехнологических исследованиях.
